CC BY
340
УДК 378.147.004.9
Зарождение информационно-вычислительных систем: основные этапы развития вычислительной техники
И.И. ХАСАНОВ, к.т.н., доцент кафедры транспорта и хранения нефти и газа Е.А. ЛОГИНОВА инженер
ФГБОУ ВО Уфимский государственный нефтяной технический университет (Россия, 450062, Республика Башкортостан, г. Уфа, ул. Космонавтов, д. 1). E-mail: [email protected]
В статье представлены основные периоды истории вычислительной техники. Рассмотрены основные этапы развития и виды вычислительных устройств. Приведены сведения об основных научных школах и направлениях вычислительной техники. Показан вклад известных ученых и инженеров в создание и совершенствование цифровой электронной вычислительной техники в годы ее становления.
Ключевые слова: информационно-вычислительные системы, вычислительные устройства, аналоговые, цифровые и гибридные средства вычислительной техники.
Вычислительная техника - область техники, объединяющая средства автоматизации математических вычислений и обработки информации в различных областях человеческой деятельности. Под вычислительной техникой принято также понимать науку о принципах построения,действия и проектирования этих средств.
Главные направления использования этих средств: решение математических, технических и логических задач, моделирование сложных систем, обработка данных измерений, обработка экономико-статистических данных и поиск информации.
Средства вычислительной техники широко используются при управлении технологическими процессами и производством в целом, в проектных и конструкторских работах, в информационно-справочных и обучающих системах. Без них немыслимо создание автоматизированных систем управления, систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований.
Вычислительная техника как наука включает в себя поиск новых принципов построения и совершенствования вычислительных средств и создание методики их построения. Она базируется на электронике, автоматике, ряде разделов теоретической кибернетики, теории кодирования, теории языков и получает самостоятельное развитие как прикладная ветвь теоретической кибернетики.
По признаку физической формы представления обрабатываемой информации различают аналоговые, цифровые и аналого-цифровые (ги-
бридные) средства вычислительной техники. В аналоговых средствах вычислительной техники обработке подвергаются физические величины (токи, напряжения и др.), которые в определенном непрерывном диапазоне моделируют математические величины. В цифровых средствах вычислительной техники обработке подвергаются цифровые (дискретные) коды математических величин. В аналого-цифровых (гибридных) средствах вычислительной техники применяются обе указанные формы представления величин.
По степени универсальности в обработке информации средства вычислительной техники подразделяются на машины общего назначения (универсальные) и специализированные. Первые служат для решения широкого класса задач, вторые - для решения узкого класса или даже единственной задачи. По степени автоматизации обработки информации различают вычислительные инструменты (линейки, счеты и т. п.), приборы (планиметры, арифмометры, корреляторы и т. п.) и машины. На современном этапе развития вычислительной техники находят широкое применение вычислительные машины и их комплексы.
Простейшим примером аналогового вычислительного инструмента является логарифмическая линейка, изобретенная еще в конце XV века. Польский математик Б. Абданк-Абака-нович (1852-1900) в 1878 году изобрел аналоговый интегратор, называемый интеграфом. Идеи Абданк-Абакано-вича были положены в основу первой вычислительной машины для реше-
ния дифференциальных уравнений, построенной в 1904 году русским математиком и механиком А.Н. Крыловым (1863-1945) для решения задач кораблестроения. Во втором десятилетии XX века был разработан метод моделирования, на основе которого в последующем развивались вычислительные устройства, использующие электропроводящую бумагу.
Начало работ по аналоговым вычислительным машинам в СССР относится к 30-м годам XX века, когда советский математик С.А. Гершгорин заложил основы построения сеточных электроинтеграторов для решения уравнений в частных производных. В 30-х годах советский ученый-электротехник С.А. Лебедев (1902-1974) разработал методику моделирования электросетей переменного тока и построил полуавтоматическую электрическую модель для их расчета, а затем появились работы советских электротехников А.А. Горева и В.А. Венико-ва по физическому моделированию энергетических систем. В 40-х годах XX века под руководством советского физика И.С. Брука был разработан электромеханический дифференциальный анализатор, в 1945 году под руководством советского электротехника Л.И. Гутенмахера были созданы электронные аналоговые машины с периодизацией решения. В этом же году под руководством С.А. Лебедева создана электронная аналоговая машина для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Аналоговые машины, основанные на операционных усилителях (наиболее близкие к современным аналоговым
машинам), в СССР впервые были созданы в 1949 году.
Основными достоинствами средств аналоговой вычислительной техники (по сравнению с цифровыми), обусловливающими их широкое применение для решения научно-технических задач и использование в системах автоматического управления техническими объектами и в системах моделирования непрерывных процессов, являются их простота, надежность и высокое быстродействие. Главные недостатки их - сравнительно малая точность получаемых решений и ограниченность круга решаемых задач.
Цифровые вычислительные средства развивались параллельно с аналоговыми. В 1642 году французский физик Б. Паскаль (1623-1662) построил счетную механическую машину, выполнявшую операции сложения и вычитания. Позднее было построено около 50 таких машин. В частности, подобные счетные устройства разрабатывали русский математик П.Л. Че-бышев (1821-1894), русский инженер В.Т. Однер. Колесо Однера стало основой современных арифмометров. В дальнейшем на смену арифмометрам пришли настольные механические и электромеханические машины, затем - малые электронные цифровые машины. Наиболее близким прообразом современных цифровых вычислительных машин (ЦВМ) следует считать аналитическую машину английского математика Ч. Бэббиджа (1791-1871). Настольные счетные и счетно-аналитические машины уже в начале XIX века получают весьма широкое распространение.
В 1937-1944 годы под руководством американского ученого Г. Эйке-на была создана электромеханическая цифровая вычислительная машина Магк-1. Революционным поворотом в развитии цифровой вычислительной техники явилось создание электронных цифровых вычислительных машин с программным управлением, являющихся основными техническими средствами кибернетики. Первая электронная быстродействующая ЦВМ «Эниак» (1946, США) содержала около 18 тыс. ламп и потребляла более 100 кВт электроэнергии. Машина работала в десятичной системе счисления. Сложение и вычитание производились за 200 мкс, умножение - за 2800 мкс. Она предназначалась для решения дифференциальных уравнений в частных производных, а также некоторых других расчетов.
В СССР в 1950 году под руководством С.А. Лебедева в АН УССР была создана первая в континентальной Ев-
ропе малая электронная счетная машина (МЭСМ), которую можно отнести к классу машин общего назначения (в отличие от ЦВМ «Эниак», являвшейся специализированной). МЭСМ содержала около 2000 электронных ламп, работала по параллельно-последовательному принципу выполнения операций, имела быстродействующую память на ламповых регистрах и внешнюю память на магнитном барабане. Структура и основная схема этой машины являлись классическими, они положены в основу серии отечественных быстродействующих машин БЭСМ (1952), БЭСМ-2, БЭСМ-4 и БЭСМ-6, созданных также под руководством С.А. Лебедева.
К первым ЦВМ широкого назначения в СССР относятся и машины «М-1» (1952), «Стрела» (1954), «Урал- 1» (1957). В 50-е и начале 60-х годов XX века в СССР создан также ряд других ЦВМ широкого назначения (М-2, М-3 и «Киев»), серийные машины М-20 и затем М-220, семейства серийных машин «Урал», «Минск» и «Раздан», новые серийные модификации которых продолжают выпускать, и др. В этот же период в Советском Союзе развертываются работы по созданию и применению цифровых управляющих вычислительных машин. Создаются машины «Днепр», УМ1, УМ1-НХ, ВНИИЭМ, «Днепр-2» и др. Позднее были разработаны более универсальные в применении агрегатно-блочные средства вычислительной техники. Они создаются в виде набора вычислительных средств, средств связи с объектом и оператором и средств внутри- и внесистемной связи, позволяющих легко компоновать различные системы управления промышленного назначения. В 60-х годах XX века создаются малые машины для инженерных расчетов («Промшь», «Мир» и «Наири»), отличающиеся простым внешним языком, ориентированным на решение инженерных задач со схемной реализацией трансляции и наличием удобных средств общения (взаимодействия) человека с машиной. Машины «Мир», кроме того, обладали развитой системой структурной интерпретации.
Развитие ЦВМ в целом идет по пути увеличения их надежности, производительности, объемов памяти, удобства общения человека с машиной и миниатюризации элементов для преобразования и хранения информации.
Производительность больших ЦВМ достигала в 60-х годах XX века миллионов операций в секунду. Объем оперативного запоминающего устрой-
ства (ЗУ) увеличился до сотен тысяч слов, а внешнего ЗУ - до миллиардов слов. Машины оснащались все более совершенными устройствами обмена информации с пользователями. Особую роль играет применение в ЦВМ интегральных схем, которые наряду с повышением качества средств вычислительной техники позволяли также далеко продвинуть автоматизацию их проектирования и производства. Влияние элементной базы на развитие вычислительной техники, особенно ЦВМ, было и является настолько определяющим, что в зависимости от типа применяемых элементов теперь различают поколения ЦВМ.
Важной вехой на пути развития средств вычислительной техники явилось появление ЦВМ, рассчитанных на многопрограммную обработку информации, обеспечивающую одновременную работу машины по ряду программ и существенно увеличивающую ее полезную отдачу. Этапом развития ЦВМ в этом же направлении является создание развивающихся высокими темпами мультипроцессорных машин и систем.
Вместе с усовершенствованием структур ЦВМ происходит и развитие математического обеспечения ЦВМ, в частности создание эффективных систем программирования, основанных на универсальных, проблемно-ориентированных и специализированных алгоритмических языках, и операционных систем, эффективно организующих вычислительный процесс в целом, включая взаимодействие между пользователем и машиной. Развитие математического обеспечения, в свою очередь, оказывает сильное влияние на принципы построения машин, в структурах которых реализуются некоторые компоненты математического обеспечения, а это существенно повышает эффективность работы машины в целом, а также облегчает взаимодействие человека с машиной. Последнее приобретает весьма важное значение в условиях непосредственной эксплуатации ЦВМ пользователями различных специальностей, в особенности в режиме диалога человека с машиной.
Наряду с развитием средств цифровой вычислительной техники происходит непрерывное расширение области их применения. Главные направления использования этих средств: решение математических, технических и логических задач, моделирование сложных систем, обработка данных измерений (получаемых при эксперименте и управлении различными процессами), обработка экономико-статистических данных и поиск информации.
Так, средства цифровой вычислительной техники стали использоваться для научного эксперимента при управлении технологическими процессами и производством в целом, в проектных и конструкторских работах, в системах планово-экономического характера, информационно-справочных и обучающих системах, военном деле и т. д. Развитие цифровой вычислительной техники в значительной мере определяет научный, экономический и военный потенциал страны.
К цифровым вычислительным средствам относят также цифровые дифференциальные анализаторы и цифровые интегрирующие машины. В них используется цифровое представление информации, но в качестве методов, с помощью которых реализуются вычисления, используются методы моделирования, характерные для средств аналоговой техники. Разработанные в 60-х годах XX столетия, они получили применение в ряде специальных систем, например в авиационных бортовых управляющих системах, системах аэрокосмического назначения и др.
Гибридные вычислительные средства появились в 50-х годах XX века. Вначале их создавали путем объединения в едином вычислительном комплексе аналоговой и цифровой вычислительных машин. Современные гибридные вычислительные машины характеризуются глубоким взаимным проникновением цифровых и аналоговых схем и работой их в едином вычислительном процессе с целью использования преимуществ и цифровой, и аналоговой вычислительной техники. При этом, как правило, аналоговые средства используются для собственно вычислений, а цифровые - для управления, а также переработки логической информации.
В связи с научно-технической революцией и связанным с ней колоссальным возрастанием потоков информации возникает объективная необходимость дальнейшего развития вычислительных средств, увеличения их производительности, приспособления к различным областям науки и техники, облегчения взаимодействия человека с ЭВМ и автоматизации проектирования самих машин. Работы, связанные с решением этих вопросов, привели к появлению науки, названной «вычислительная техника». Теория вычислительных средств окончательно не сформирована и развивается по линии теории цифровых, аналоговых и гибридных средств. В каждой из указанных теорий явственно проступают два целевых аспекта: научный поиск
новых принципов построения и совершенствования средств и создание методики их проектирования. В связи же с сущностью средств вычислительной техники как автоматических средств переработки информации физическими способами их общая теория имеет две стороны - конструктивно-техническую и информационную.
Первая базируется на традиционных дисциплинах - электронике, автоматике, вторая - на ряде разделов теоретической кибернетики: на теории алгоритмов, теории автоматов, теории кодирования и теории языков, на моделировании математическом и получает самостоятельное развитие как прикладная ветвь теории кибернетики. В связи с большим удельным весом ЦВМ в вычислительной технике, их значением как основных средств кибернетики (реализующих универсальные преобразования информации), логико-структурной и технической сложностью этих средств и задачами их развития, теория ЦВМ занимает особое место по объему охватывающего материала в теоретическом понятии термина «вычислительная техника».
В США, Великобритании и других англоязычных странах это понятие обозначается термином «computer sciense» - наука о ЦВМ. Основополагающие работы в области теории ЦВМ в СССР выполнили С.А. Лебедев, В.М. Глушков и др. Из ранних зарубежных работ можно назвать, например, труды американских ученых Г. Эйкена, Дж. фон Неймана и др. В теории ЦВМ выделяется ряд взаимосвязанных разделов: теория переработки информации в ЦВМ на всех уровнях этого процесса (относящихся к элементной структуре, алгоритмической структуре, архитектуре машины и систем машин), теория хранения информации в вычислительных машинах и теория взаимодействия человека с вычислительной машиной, содержащая, в частности, ряд вопросов математического обеспечения машин, связанных с организацией вычислительного процесса, программированием и постановкой задач на машинах. Во всех этих разделах, подразделяемых, в свою очередь, на отдельные научные дисциплины, имеются оба указанных аспекта - и поиск, и проектирование.
Проектирование в соответствии с его задачами обычно разделяют на системное, логическое проектирование ЦВМ и техническое проектирование ЦВМ. Эти виды проектирования соответственно означают определение параметров, логической структуры и конструкции проектируемого устрой-
ства любого ранга (как элемента, блока, функционального устройства и машины в целом). Вместе с тем теорию проектирования ЦВМ делят на разделы, соответствующие этим рангам.
В основе теории аналоговых вычислительных машин лежит понятие изоморфизма (возникшее при развитии математических представлений о природе и имеющее универсальный характер). Опираясь на него, развивалась теория электронного математического моделирования, являющаяся основой построения современных средств аналоговой вычислительной техники.
Главной проблемой, возникающей при создании аналоговых машин для решения новых классов задач, является установление соответствующих аналогий, что представляет собой весьма трудную задачу. По-видимому, прогресс аналоговой техники будет связан с созданием квазианалоговых и гибридных вычислительных машин. Основы теории квазианалоговых вычислительных машин были заложены работами украинского ученого-электротехника Г.Е. Пухова. Квазианалоговая вычислительная машина для решения заданной задачи - это аналоговая вычислительная машина, решающая квазианалоговым путем такую вспомогательную задачу, решение которой при выполнении условий эквивалентности с точностью до постоянных множителей полностью или частично совпадает с решением заданной задачи. Для выполнения указанных условий эквивалентности квазианалоговая вычислительная машина кроме квазианалога содержит и специальное устройство для управления им.
По теории гибридных вычислительных машин, находящейся в стадии становления, основополагающие работы в СССР выполнили Г.Е. Пухов, Б.Я. Коган и др. Основные вопросы здесь сводятся к разработке структур гибридных вычислительных систем, выбору рационального соотношения между цифровой и аналоговой частями, автоматизации работы гибридных систем и разработке элементов и схем, а также к разработке математического обеспечения гибридных систем.
История вычислительных устройств начинается с того самого момента, когда человек научился считать. Себе в помощь первоначально он призвал подручные материалы: камешки, палочки, косточки и т. п. Затем по мере усложнения вычислений возникла необходимость упорядоченно раскладывать те же самые камешки. Так появились специальные доски, на которых
раскладывались предметы для счета, в частности абак. Первое упоминание об этом приспособлении относится ко II веку до н.э. Именно от абака произошли русские счеты, с успехом применявшиеся до середины XX века.
В 1614 году шотландский математик Джон Непер (1550-1617) изобрел таблицы логарифмов. Принцип их заключался в том, что каждому числу соответствует свое специальное число - логарифм. Логарифмы очень упрощают деление и умножение. Например, для умножения двух чисел складывают их логарифмы. Результат находят в таблице логарифмов. В дальнейшем им была изобретена логарифмическая линейка, которой пользовались до 70-х годов прошлого века.
История происхождения счетных машин не столь древняя. Ее начало восходит к 1642 году, когда великий математик Блез Паскаль предложил устройство, позволяющее производить над числами такие математические операции, как сложение и вычитание. Считается, что это изобретение является первой успешной попыткой механизации умственного труда человека. Паскаль использовал для расчетов систему зубчатых колес. Спустя 50 лет Лейбниц усовершенствовал счетную машину Паскаля, придав ей функции умножения и деления путем повторных сложений и вычитаний. Однако ни счетная машина Паскаля, ни счетная машина Лейбница не были доведены до практического использования.
Лишь спустя 120 лет после Лейбница, в 1820 году, француз Томас довел счетную машину до практического применения в торговых операциях, а в 1891 году швед Однер завершил создание ручного арифмометра.
В Японии ручной арифмометр был разработан Торадзиро Омото и в 1923 году поступил в продажу под маркой «Тораин кэйсанки». Впоследствии он стал именоваться «Тайгэр кэйсанки».
Арифмометр «Феликс» (русской конструкции Однера) имел в верхней части - коробке - девять прорезов, в которых передвигались рычажки. Сбоку прорезов были нанесены цифры. Передвигая вдоль каждого прореза рычажок, можно было воспроизвести любое девятизначное число.
ВК-1 (Пензенский завод счетно-аналитических машин) - это од-нер-машина с клавишным управлением. В этой машине конструкция колес Однера подверглась модификации в связи с управлением ими от клавиш. Только за счет применения клавиш-
ного ввода, без каких-либо изменений в процессах вычисления, производительность ВК-1 по сравнению с арифмометром «Феликс» возрастала приблизительно в три раза. Это достигалось в первую очередь благодаря опыту работы слепым методом. С учетом этого скорость работы на ВК-1 составляла: 900-1000 сложений, 310330 умножений и 190-210 делений в час.
В однер-машине ВК-2 использовались и клавишный ввод чисел, и электрический привод. Применение электропривода, естественно, повысило скорость выполнения операций по сравнению с ВК-1 (1200-1300 сложений, 370-400 умножений и 320-350 делений в час). Сложение, вычитание и деление выполнялись автоматически, а умножение - полуавтоматически. Надежность работы была повышена за счет введения автоматической блокировки, назначение которой - предотвратить повреждение машины при неправильных действиях оператора.
Говоря о применении клавишного ввода и электропривода, не следует делать вывод, что новые модели вытеснили чисто механические с рычажным вводом, то есть классическую модель Однера. Она продолжала оставаться наиболее массовой, дешевой и высоконадежной. В СССР в 1969 году, когда выпуск арифмометров достиг максимума (300 тыс.), значительная часть их приходилась на модель «Феликс» и 60 тыс. - на модель ВК-1.
Вычислительная клавишная машина ВК выпускалась с ручным приводом (модель ВК-1), полуавтоматическая с электродвигателем (модель ВК-2) и автоматическая (ВК-3).
Создание ЭВМ вначале мало отразилось на производстве арифмометров. Это и понятно: назначение ЭВМ и арифмометров было различным. Однако начиная с 60-х годов прошлого столетия электроника стала внедряться в оргтехнику. Появились электронные клавишные вычислительные машины (ЭКВМ). Настольные ЭКВМ серьезно потеснили и механические, и с электроприводом модели арифмометров, сузили сферу их применения, но решающего влияния не оказали: простые механические модели типа «Феликс» все еще выдерживали конкуренцию. Об этом свидетельствуют, например, цифры, характеризующие выпуск арифмометров в СССР. В 1958 году их было произведено 170 тыс., в 1961-м - 93 тыс., в 1965-м - 108 тыс., в 1969-м - 300 тыс., и в 1970 году -203 тыс.
Клавишная счетная машина типов КСМ-1 и КСМ-2. В 1935 году в
СССР был выпущен клавишный полуавтоматический арифмометр КСМ-1. Эта машина имела два привода: электрический (со скоростью 300 об/мин) и ручной (на случай отсутствия питания). Клавиатура машины состояла из 8 вертикальных рядов по 10 клавишей в каждом, то есть можно было набрать 8-значные числа. Для удобства набора группы разрядов клавиатуры были окрашены в разные цвета. Имелись клавиши гашения. Если цифра была набрана ошибочно, то для ее замены достаточно было нажать на нужную цифру в том же ряду, и тогда неверно набранная цифра гасилась автоматически. В подвижной каретке находились 16-разрядный счетчик результатов и 8-разрядный счетчик оборотов, имеющие устройства для передачи десятков из одного разряда в другой. Для гашения этих счетчиков служила ручка. Имелись подвижные запятые (для удобства считывания). Звонок сигнализировал о переполнении счетчика результатов.
В послевоенные годы были выпущены полуавтоматы КСМ-2 с незначительными отличиями по конструкции от КСМ-1, но с более удобным расположением рабочих деталей.
Полуавтоматическая клавишная вычислительная машина «Точмаш» модели КЕВ имела клавиатуру (установочный механизм) с 8 рядами, что позволяло установить на ней самое большое 8-значное число.
Линейки-разделители выполняли функции запятых для клавиатуры. Клавиши служили для поразрядного гашения клавиатуры. Сложение и вычитание производились как на арифмометре.
Для умножения устанавливали множимое на клавиатуре (в правой ее части), и производили действие последовательным сложением (как на арифмометре) с передвижением каретки из одного разряда в другой для умножения на отдельные разряды множителя. В счетчике результатов появлялось произведение, а в счетчике оборотов возникал множитель.
Сегодня это направление развития вычислительной техники представлено всевозможными калькуляторами. Развитие и совершенствование элементной базы способствовали улучшению характеристик этих приборов. Сначала это были механические арифмометры, затем электромеханические машины, полупроводниковые калькуляторы и, наконец, микроэлектронные малогабаритные калькуляторы.
Сегодня трудно представить человека, который не имеет такого кар-
манного калькулятора. Основным недостатком калькулятора являлось отсутствие в нем возможностей программирования решений, то есть автоматизации процесса вычислений.
На указанный недостаток люди давно обратили внимание, поэтому в середине XIX века Чарльз Бэббидж (1791-1871) предложил вычислительную машину, автоматически выполняющую математические операции над числами по некоторой введенной человеком программе.
Машина Бэббиджа была задумана как чисто механическое устройство с возможным приводом от парового двигателя, но содержала ряд фундаментальных идей, характерных для современных компьютеров. В ней предусматривалась работа с адресами и кодами команд, данные вводились с помощью перфокарт. Основы программирования также были заложены Бэббиджем. Несмотря на почти 40-летний труд своего создателя, машина так и не была достроена, опережая не только потребности, но и технические возможности своего времени. Многие из идей Бэббиджа просто не могли быть реализованы на базе механических устройств и оказались востребованы только спустя столетие, с разработкой первых электронных вычислительных машин.
Разработанная Чарльзом Бэббид-жем вычислительная машина послужила прообразом современной ЭВМ, в том числе и персональной (ПЭВМ).
10 декабря названо Днем программиста в честь родившейся в этот день первой представительницы этой не слишком древней профессии Ады Августы Лавлейс (1815-1852), единственной дочери великого английского поэта Джорджа Гордона Байрона и его супруги Аннабеллы Милбэнк.
К 1834 году относится ее первое знакомство с выдающимся математиком и изобретателем Чарльзом Бэббиджем - создателем первой цифровой вычислительной машины с программным управлением, названной им «аналитической».
Про просьбе Бэббиджа Ада занялась переводом очерка итальянского военного инженера Луи Фредерико Менабреа (в будущем - профессора механики Туринского университета). Менабреа в 1840 году, слушая в Турине лекции Бэббиджа, подробно запи-
сал их и в своем очерке впервые дал полное описание аналитической машины Бэббиджа и его идей программирования вычислений. Он писал: «Сам процесс вычисления осуществляется с помощью алгебраических формул, записанных на перфорированных картах, аналогичных тем, что используются в ткацких станках Жак-кара. Вся умственная работа сводится к написанию формул, пригодных для вычислений, производимых машиной, и неких простых указаний, в какой последовательности эти вычисления должны производиться». Ада Лавлейс не просто перевела очерк Менабреа, но и снабдила его обширными комментариями, которые в сумме почти втрое превысили объем оригинального текста. Книга Менабреа с комментариями, подписанными инициалами A.A.L. (Ada Augusta Lovelace), вышла в свет в августе 1843 года. В комментариях Ады Лавлейс были приведены три первые в мире вычислительные программы, составленные ею для машины Бэббиджа.
Самая простая из них и наиболее подробно описанная - программа решения системы двух линейных алгебраических уравнений с двумя неизвестными. При разборе этой программы было впервые введено понятие рабочих ячеек (рабочих переменных) и использована идея последовательного изменения их содержания. От этой идеи остается один шаг до оператора присвоения - одной из основополагающих операций всех языков программирования, включая машинные.
Вторая программа была составлена для вычисления значений тригонометрической функции с многократным повторением заданной последовательности вычислительных операций. Для этой процедуры Ада Лавлейс ввела понятие цикла - одной из фундаментальных конструкций структурного программирования.
В третьей программе, предназначенной для вычисления чисел Бер-нулли, были уже использованы рекуррентные вложенные циклы. В своих комментариях Ада Лавлейс высказала также великолепную догадку о том, что вычислительные операции могут выполняться не только с числами, но и с другими объектами, без чего вычислительные машины так бы и остались
всего лишь мощными быстродействующими калькуляторами.
Идеи Жаккара использовал не только Бэббидж. Герман Холлерит (1860-1929), статистик профессора Троубриджа в Нью-Йорке, был назначен главным специальным агентом бюро переписи. Но работа затруднялась огромным количеством данных, которые требовалось обработать. Поэтому Холлерит начал искать пути обработки данных механически.
Для создания этой машины Хол-лерит обратился к идеям Жаккара, исследуя путь создания им ткацкого станка. Но вскоре он догадался, что ткацкий станок не сможет ему ничем помочь, однако он понимал, что перфокарты были эффективным способом хранить информацию.
В 1884 году Холлерит получил свой первый патент (он получит более 30 патентов в Соединенных Штатах в течение своей карьеры). В штате Массачусетс в Институте технологии он нашел метод чтения пробитых перфокарт.
Занимаясь в 80-х годах XIX века вопросами обработки статистических данных, Холлерит создал систему, автоматизирующую процесс обработки. В 1889 году впервые построил ручной перфоратор, который был использован для нанесения цифровых данных на перфокарты, и ввел механическую сортировку для раскладки этих перфокарт в зависимости от места пробивок. Носитель данных Хол-лерита - 80-колонная перфокарта не претерпела существенных изменений до настоящего времени. Им построена суммирующая машина, названная табулятором, которая прощупывала отверстия на перфокартах, воспринимала их как соответствующие числа и подсчитывала их. В своей машине он впервые применил электричество для расчетов.
Удачная проверка повлекла за собой более серьезное испытание в ходе американской переписи 1890 года. Машина Холлерита с сильным отрывом победила в соревновании с двумя другими системами. Выиграв, Холлерит получил деньги на создание нового перфоратора. Он был похож на пишущую машинку, имеющую простую клавиатуру. Счетные машины серийно начали производиться Западной электрической компанией.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. История отечественной электронной вычислительной техники / сост. С.А. Муравьев. М.: Столичная энциклопедия, 2014. 576 с.
2. Малиновский Б.Н., Ревич Ю.В. Информационные технологии в СССР. Создатели советской вычислительной техники. СПб.: БХВ-Петербург, 2014. 336 с.
3. Поваров Г.Н. Истоки российской кибернетики. М.: МИФИ, 2005. 20 с.
4. Гутер Р.С., Полунов Ю.Л. Чарльз Бэббедж (1792-1871). М.: Знание, 1973. 64 с.
5. Майстров Л.Е., Эдлин И.С. Ч. Бэббедж и его разностная машина // Наука и техника: Вопросы истории и теории. 1973. Вып. 8. С. 33-36.
6. Распутывая историю Ады Лавлейс (первого программиста в истории). URL: https://habrahabr.ru/company/wolfram/blog/303552/ (дата обращения 11.09.2017).
7. Смолевицкая М.Э. Пионер отечественного компьютеростроения Сергей Алексеевич Лебедев (1902-1974) // Проблемы культурного наследия в области инженерной деятельности: сб. ст. М., 2003. Вып. 4. С. 64-89.
8. Малиновский Б.Н. История вычислительной техники в лицах. Киев: КИТ, 1995. 384 с.
9. Апокин И.А., Майстров Л.Е. История вычислительной техники: От простейших счетных приспособлений до сложных релейных систем. М.: Наука, 1990. 264 с.
10. Апокин И.А. Кибернетика и научно-технический прогресс: (история и перспективы). М.: Наука, 1982. 244 с.
11. Казакова И.А. История вычислительной техники: учеб. пособие. Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. 232 с.
12. Мовсумзаде А.Э., Сощенко А.Е. Развитие систем автоматизации и телемеханизации в нефтегазовой промышленности. М.: ООО «Недра-Бизнес-центр», 2004. 332 с.
THE EMERGENCE OF INFORMATION SYSTEMS: THE MAIN STAGES OF COMPUTER DEVELOPMENT KHASANOV I.I., Cand. Sci. (Tech.), Associate Prof. of Department of Transport and Storage of Oil and Gas LOGINOVA E.A., Engineer
Ufa State Petroleum Technological University (USPTU) (1, Kosmonavtov St., 450062, Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia) E-mail: [email protected]
ABSTRACT
The article presents the main periods of the history of computing. The basic stages of development and the types of computing devices are considered. It provides information about the main scientific schools and directions of computing. The contribution of famous scientists and engineers in the creation and improvement of digital electronic computers are shown in the years of its formation. Keywords: computing system, computing device, analog, digital, and hybrid computer equipment. REFERENCES
1. Murav'yev S.A. Istoriya otechestvennoy elektronnoy vychislitel'noy tekhniki [History of domestic electronic computers]. Moscow, Stolichnaya entsik-lopediya Publ., 2014. 576 p.
2.Malinovskiy B.N., Revich YU.V. Informatsionnyye tekhnologii v SSSR. Sozdateli sovetskoy vychislitel'noy tekhniki [Information technology in the USSR. The creators of Soviet computer technology]. St. Petersburg, BKHV-Peterburg Publ., 2014. 336 p.
3. Povarov G. N. Istoki rossiyskoy kibernetiki [Origins of Russian cybernetics]. Moscow, MIFI Publ., 2005. 20 p.
4. Guter R.S., Polunov YU.L. Charl'z Bebbedzh (1792-1871) [Charles Babbage (1792-1871)]. Moscow, Znaniye Publ., 1973. 64 p.
5. Maystrov L.Ye., Edlin I.S. CH. Babbage and his difference engine. Nauka i tekhnika: Voprosy istorii i teorii, 1973, no. 8, pp. 33-36 (In Russian).
6. Rasputyvaya istoriyu Ady Lavleys (pervogo programmista v istorii) (Unraveling the story of Ada Lovelace (the first programmer in history). Available at: https://habrahabr.ru/company/wolfram/blog/303552/ (accessed 11 September 2017).
7. Smolevitskaya M.E. Pioner otechestvennogo komp'yuterostroyeniya SergeyAlekseyevich Lebedev (1902-1974) [Sergey Alekseevich Lebedev is a pioneer of domestic computer engineering (1902-1974)]. Problemy kul'turnogo naslediya v oblasti inzhenernoy deyatel'nosti [Problems of cultural heritage in the field of engineering], 2003, no. 4, pp. 64-89.
8. Malinovskiy B.N. Istoriya vychislitel'noy tekhniki vlitsakh [The history of computing in individuals]. Kiev, KIT Publ., 1995. 384 p.
9. Apokin I.A., Maystrov L.Ye. Istoriya vychislitel'noy tekhniki: Ot prosteyshikh schetnykh prisposobleniy do slozhnykh releynykh sistem [History of computing: From the simplest counting devices to complex relay systems]. Moscow, Nauka Publ., 1990. 264 p.
10. Apokin I.A. Kibernetika i nauchno-tekhnicheskiy progress: (istoriya i perspektivy) [Cybernetics and scientific and technical progress: (history and perspectives)]. Moscow, Nauka Publ., 1982. 244 p.
11. Kazakova I. A. Istoriya vychislitel'noy tekhniki [History of computer science]. Penza, PGU Publ., 2011. 232 p.
12. Movsumzade A.E., Soshchenko A.Ye. Razvitiye sistem avtomatizatsii i telemekhanizatsii vneftegazovoy promyshlennosti [Development of automation and telemechanization systems in the oil and gas industry]. Moscow, Nedra-Biznes-tsentr Publ., 2004. 332 p.
